JP6345737B2 - 鋸歯状の空間フィルタを用いた高性能線形成光学システム及び方法 - Google Patents

Description

〔関連出願の相互参照〕
本出願は、２０１４年７月２９日に出願された「高性能線形成光学システム及び方法」との名称の米国仮特許出願第６２／０３０，３９１号に関連する。当該米国仮特許出願は、参照により本明細書中に組み込まれる。また本出願は、２０１４年１１月２４日に出願された「欠陥アニーリング及びドーパント活性化のための高性能線形成光学システム及び方法」との名称の米国仮特許出願第６２／０８３，５３７号に関連する。また、当該米国仮特許出願は、参照により本明細書中に組み込まれる。

本開示は、線画像を形成するための光学システム、特に、欠陥アニーリング及びドーパント活性化のための高性能な線形成光学システム及び方法に関する。

本明細書において言及されるあらゆる刊行物又は特許文献の全開示は、参照により本明細書中に組み込まれる。特許文献には、米国特許第８，０１４，４２７号公報、米国公開第２０１２／０１１１８３８号公報、米国公開第２００７／００７２４００号公報、米国特許第７，１４８，１５９号公報、米国特許第８，５４６，８０５号公報、米国特許第８，８６５，６０３号公報、米国特許第８，３０９，４７４号公報、及び米国特許出願第１４／４９７，００６が含まれる。

種々の応用では、高出力レーザ光線から形成された均一な線画像を使用する必要がある。そのような応用の一つとして、レーザ熱処理（ＬＴＰ）がある。レーザ熱処理（ＬＴＰ）は、本技術分野ではレーザスパイクアニーリング（ＬＳＡ）又は単に「レーザアニーリング」と呼ばれる。レーザ熱処理（ＬＴＰ）は、半導体製造において、トランジスタなどの活性超小型回路装置を形成するときに半導体ウエハの選択領域のドーパントを活性化するために使用される。

レーザアニーリングの一種は、レーザ光線から形成された走査線画像を使用し、ドーパントを活性化するには十分であるが、ドーパント拡散が最小となる程度に短い時間においてある温度（「アニーリング温度」）まで、半導体ウエハの表面を加熱する。半導体ウエハの表面がアニーリング温度になるまでの時間は、線画像の出力密度と、線画像が走査される速度（「走査速度」）で割られた（除された）線画像の幅とによって決定される。

レーザアニーリングの応用で使用される高出力レーザの一種は、ＣＯ_２レーザである。ＣＯ_２レーザは、単一の空間モードレジーム（ｒｅｇｉｍｅ）で動作する。ＣＯ_２レーザを用いてレーザアニーリングを実行する従来の方法は、コリメートＣＯ_２レーザ光線によって一対のナイフエッジを照射することと、その後、ナイフエッジを通過する光を画像面へ中継して線画像を形成する（半導体ウエハ上にナイフエッジを画像化する）こととを含む。

図１は、線形成光学システムの画像面において測定された線画像のｘ（ｍｍ）に対する強度プロファイルＩ（ｘ）および熱放射プロファイルＥ（ｘ）のプロット図である。ｘ方向は、線画像の長軸方向である。熱放射プロファイルＥ（ｘ）は、強度プロファイルＩ（ｘ）を有する線画像が照射されたときに、画像面に配置された半導体ウエハからの測定熱放射である。熱放射プロファイルＥ（ｘ）において最もよく見られるように、強度の不均一性は、半導体ウエハの加熱の不均一を引き起こす。強度の不均一性は、線画像の強度プロファイルＩ（ｘ）におけるリップル（波紋）として現れる。強度プロファイルＩ（ｘ）における強度不均一性は、回折に起因する。回折は、線形成光学システムにおけるミラーの制限された開口部によって引き起こされる。

画像面に供給される強度の全体量に実質的な影響を与えることなく強度の波紋（リップル）を円滑化する方法が、必要とされる。

高性能線形成光学システム及び方法が開示される。高性能線形成光学システム及び方法は、フーリエ面における鋸歯状の開口部を用いる。線形成光学システムは、光源、光線調整光学システム、第１絞り装置および中継光学システムを含む。中継光学システムは、フーリエ面と、フーリエ面において鋸歯状の開口部を有する第２絞り装置とを含む。鋸歯状の開口部は、鋸歯状のブレードによって規定される。鋸歯状のブレードは、直線状の端部を有するブレードを有する開口部を用いた場合と比較して、画像面に形成された線画像の強度変化を減少させるように構成される。

本開示の一局面は、半導体ウエハの欠陥アニール温度Ｔ_Ｄでの欠陥アニーリングを実行する方法である。半導体ウエハは、パターンを含む表面を有する。本方法は、公称１０．６ミクロン（μｍ）の波長λおよび少なくとも第１方向においてガウス分布を有する第１強度プロファイルを有するＣＯ_２レーザから光線を形成することと、前記第１方向において前記光線の少なくとも５０％を通過させて、第１透過光を形成することと、前記第１透過光をフーリエ面に焦点合わせし、中央ピークと、前記中央ピークにすぐに隣接した第１サイドピークとを有する第２強度プロファイル規定することと、前記フーリエ面に配置された鋸歯状の開口部で、前記第２強度プロファイルを各第１サイドピーク内で切り取って、前記半導体ウエハの表面に第１線画像を形成する第２透過光を規定することと、半導体ウエハの前記表面上で前記第１線画像を走査し、半導体ウエハの前記表面の温度を、前記欠陥アニール温度Ｔ_Ｄまで局所的に上昇させることとを含む。前記方法において、前記第１線画像は、１０００Ｗと３０００Ｗとの間の光学出力、５ｍｍから１００ｍｍの範囲内の第１線長において±５％以内の強度均一性を有する。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記第１透過光の焦点合わせは、中継光学システムで実行され、前記中継光学システムは、前記フーリエ面を規定する焦点距離ｆの光学部品を有し、前記鋸歯状の開口部は、幅ｄ２を有するとともに、
０．１・（λ／（ｄ２））・ｆ≦ｌ≦（λ／（ｄ２））・ｆ
という範囲の長さｌを有する鋸歯を含む。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記鋸歯は、
（０．９）・ｌ≦ｐ≦（１．１）・ｌ
という範囲内のピッチｐを有する。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記欠陥アニール温度Ｔ_Ｄは、
６５０℃≦Ｔ_Ｄ≦１１００℃
の範囲にある。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、以下の工程で、スパイクアニール温度でスパイクアニールを実行することをさらに含む。その工程は、第２波長を有する第２光線を用いて半導体ウエハの前記表面において第２線画像を形成することであって、前記第２線画像は、前記第１線画像と少なくとも部分的に重複する工程と、前記第２線画像を走査し、半導体ウエハの前記表面の温度を前記欠陥アニール温度Ｔ_Ｄからスパイクアニール温度Ｔ_Ａに局所的に上昇させる工程である。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記スパイクアニール温度Ｔ_Ａは、
１１００℃≦Ｔ_Ａ≦１３５０℃
の範囲にある。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記第１線画像は第１の幅を有し、前記第２線画像は第２の幅を有し、前記第２の幅は、前記第１の幅の５％から２５％の間にある。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記第１の幅は、５０ミクロン（μｍ）から５ｍｍの範囲内にある。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、レーザダイオード光源と、前記レーザダイオード光源に対して動作可能に配置された線形成光学部とを用いて前記第２光線を形成することをさらに備える。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記第２波長は、５００ｎｍと１０００ｎｍとの間にある。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記第２線画像は、５ｍｍから１００ｍｍの範囲内の第２線長と、±５％以内の強度均一性とを有する。

本開示の他の局面は、上述の方法であって、半導体ウエハの表面の温度は、パターン効果に起因して前記スパイクアニール温度Ｔ_Ａから変化し、その変化は、６０℃未満である。

本開示の他の局面は、パターンを有する表面を有する半導体ウエハの欠陥アニーリングを実行するためのシステムである。本システムは、ＣＯ_２レーザ光源、光線調整光学システム、第１絞り装置、中継光学システム、チャックおよび可動ウエハ台を備える。ＣＯ_２レーザ光源は、公称１０．６ミクロン（μｍ）の波長λを有する初期光線を放射する。光線調整光学システムは、前記初期光線を受光し、この初期光線から、少なくとも第１方向に沿ったガウス分布を有する第１強度プロファイルを有する調整光線を形成する。第１絞り装置は、対物面に動作可能に配置され、第１スリット開口部を規定する。第１スリット開口部は、前記第１方向における前記第１強度プロファイルを切り取り、第１透過光を規定する。第１透過光は、前記調整光線の少なくとも５０％を構成する。中継光学システムは、前記対物面および中間フーリエ面を規定する。中間フーリエ面には、第２絞り装置が動作可能に配置される。前記中継光学システムは、前記中間フーリエ面で第２強度プロファイルを規定する。前記第２強度プロファイルは、中央ピークと、前記中央ピークにすぐに隣接した第１サイドピークとを有する。前記第２絞り装置は、鋸歯状のブレードで構成される。前記鋸歯状のブレードは、前記第１方向において各第１サイドピーク内で前記第２強度プロファイルを切り取り、第２透過光を規定する。前記中継光学システムは、前記半導体ウエハの前記表面において前記第２透過光から第１線画像を形成する。前記第１線画像は、１０００Ｗと３０００Ｗとの間の光学出力を含み、５ｍｍから１００ｍｍの範囲内の第１線長および±５％以内の強度均一性を有する。チャックは、前記半導体ウエハを動作可能に支持する。可動ウエハ台は、前記チャックを動作可能に支持し、前記チャックおよび前記チャックに支持された前記半導体ウエハを動かすように構成される。これにより、前記第１線画像は、前記半導体ウエハの前記表面上を走査し、前記半導体ウエハの前記表面の温度を、欠陥アニール温度Ｔ_Ｄまで局所的に上昇させる。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記中継光学システムは、焦点距離ｆを有する第１光学部品を有する。前記第１光学部品は、前記中間フーリエ面を規定する。前記鋸歯状のブレードは、幅ｄ２で離間され、前記鋸歯状のブレードは、
０．１・（λ／（ｄ２））・ｆ≦ｌ≦（λ／（ｄ２））・ｆ
という範囲の長さｌを有する鋸歯を含む。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記鋸歯は、
（０．９）・ｌ≦ｐ≦（１．１）・ｌ
という範囲内のピッチｐを有する。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記欠陥アニール温度Ｔ_Ｄは、６５０℃から１１００℃の範囲にある。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記チャックは加熱され、これにより、前記半導体ウエハを予備加熱することができる。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、ダイオード系線形成光学システムをさらに備える。前記ダイオード系線形成光学システムは、可視光線を生成する。可視光線は、前記半導体ウエハの前記表面で第２線画像を形成する。第２線画像は、前記第１線画像と少なくとも部分的に重複し、かつ前記第１線画像とともに走査し、前記半導体ウエハの前記表面の温度を、前記欠陥アニール温度Ｔ_Ｄからスパイクアニール温度Ｔ_Ａまで局所的に上昇させる。前記第２線画像は、±５％以内の強度変化を有する。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記スパイクアニール温度は、１１５０℃から１３５０℃の範囲内にある。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記第１線画像は第１の幅を有し、前記第２線画像は第２の幅を有し、前記第２の幅は、前記第１の幅の５％から２５％の範囲内にある。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記第１サイドピークそれぞれは、最大値ＭＸ、第１最小値ｍ１および第２最小値ｍ２によって規定され、前記第２絞り装置は、前記第１サイドピークそれぞれにおいて、前記最大値ＭＸと前記第２最小値ｍ２との間の第２強度プロファイルを切り取るように構成される。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記中継光学システムは、前記第１方向において実質的に１倍（１×）の倍率を有する。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記中継光学システムは、前記第１方向のみにおいて光学出力を有する円筒形状の光学システムである。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記中継光学システムは、反射光学部品のみで構成される。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記第１絞り装置は、前記対物面に動作可能に配置された一対のブレードを含む。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記第２絞り装置は、前記中間フーリエ面に動作可能に配置された一対のブレードを含む。

本開示の他の局面は、上述のシステムであって、前記ダイオード系線形成光学システムは、レーザダイオード光源と、前記レーザダイオード光源に対して配置された線形成光学部とを含む。

本開示の他の局面は、画像面に線画像を形成するための線形成光学システムである。本システムは、レーザ光源、光線調整光学システム、スリット開口部、中継光学システムおよび対向鋸歯状ブレードを備える。レーザ光源は、波長λを有する初期光線を発する。光線調整光学システムは、前記初期光線を受光し、この初期光線から、少なくとも第１方向に沿ったガウス分布を有する第１強度プロファイルを有する調整光線を形成する。スリット開口部は、前記第１方向における前記第１強度プロファイルを切り取って、第１透過光を規定する。第１透過光は、前記調整光線の少なくとも５０％を構成する。中継光学システムは、第１光学部品および第２光学部品を含み、対物面、画像面、および前記対物面と前記画像面との間に位置するフーリエ面を規定する。前記第１光学部品は、焦点距離ｆを有し、前記フーリエ面で第２強度プロファイルを形成する。第２強度プロファイルは、中央ピークと、前記中央ピークにすぐに隣接した第１サイドピークとを有する。対向鋸歯状ブレードは、前記フーリエ面に配置され、前記第１方向において各第１サイドピーク内で前記第２強度プロファイルを切り取って、第２透過光を規定するように構成される。前記第２光学部品は、前記第２透過光から前記画像面に前記線画像を形成する。

本開示の他の局面は、上述の線形成光学システムであって、前記レーザ光源は、ＣＯ_２レーザを含み、前記初期光線は、公称１０．６ミクロン（μｍ）の波長を有する。

本開示の他の局面は、上述の線形成光学システムであって、前記対向鋸歯状ブレードは、幅ｄ２で離間され、前記対向鋸歯状ブレードは、
０．１・（λ／（ｄ２））・ｆ≦ｌ≦（λ／（ｄ２））・ｆ
という範囲の長さｌを有する鋸歯をそれぞれ含む。

本開示の他の局面は、上述の線形成光学システムであって、前記鋸歯は、
（０．９）・ｌ≦ｐ≦（１．１）・ｌ
という範囲内のピッチｐを有する。

本開示の他の局面は、上述の線形成光学システムであって、前記線画像は、１０００Ｗと３０００Ｗとの間の光学出力を含み、５ｍｍから１００ｍｍの範囲内の長さおよび±５％以内の強度均一性を有する。

さらなる特徴点及び利点は、以下の詳細な説明に明記される。また、それらの一部は詳細な説明の記載内容から当業者にとって直ちに明白となるか、詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面に記載された実施形態を実施することによって認識されるであろう。上記の概要及び下記の詳細な説明に関する記載は、単なる例示であって、特許請求の範囲に記載されている本発明の本質及び特徴を理解するための概略または枠組みを提供するものであることを理解すべきである。

添付図面は、さらなる理解を提供するために含まれており、本明細書の一部を構成すると共に本明細書の一部に組み込まれる。図面は、１または複数の実施形態を示しており、詳細な説明と共に種々の実施形態の原理や動作を説明する役割を担う。このように、本開示は、添付図面と共に以下に示す詳細な説明からより完全に理解されることになるであろう。
図１は、従来技術の線形成光学システムによって形成された線画像の長さに沿った距離ｘ（ｍｍ）に対する強度プロファイルＩ（ｘ）および熱放射プロファイルＥ（ｘ）（正規化単位）のプロット図である。図１は、強度プロファイルおよび熱放射プロファイルが、リップル（波紋）の形態でどのような不均一性を有するかを示している。リップルは、半導体ウエハの熱処理に悪影響を及ぼし得る。 図２は、本開示による線形成光学システムの一例の模式図である。 図３Ａは、図２の一例の線形成光学システムの第１絞り装置を、＋ｚ方向から見た場合の正面図であって、第１絞り装置に対してそのまま入射するような調整レーザ光線の近似ゼロ強度線（Ｉ（ｘ，ｙ）≒０）を示す。 図３Ｂは、調整レーザ光線のｘ（ｍｍ）に対する強度プロファイルＩ（ｘ）のプロット図であって、調整レーザ光線を挟んで対向配置される第１絞り装置のブレードの配置を示す。 図４Ａは、第２絞り装置が配置されたフーリエ面における第１透過光のｘ’（ｍｍ）に対する強度プロファイルＩ’（ｘ’）のプロット図であって、強度プロファイルを挟んで対向配置される第２絞り装置のブレードの配置位置の一例を示す。 図４Ｂは、図４Ａの第２絞り装置を、図２に示す＋ｚ方向から見た場合の正面図であって、第２絞り装置に入射する第１透過光を示す。 図５Ａは、第２透過光によって画像面に形成された線画像の長手方向に沿った、基板における最終的な画像面でのｘ（ｍｍ）に対する強度プロファイルＩＬ（ｘ）のプロット図である。図５Ａは、図２の線形成光学システムによって形成された線であって、Ｌ＝１０ｍｍ（実線）及びＬ＝７．５ｍｍ（破線）の２つの異なる寸法を有する線の例を示す。 図５Ｂは、線画像のｙ（μｍ）に対する強度プロファイルＩＬ（ｙ）のプロット図である。図５Ｂは、線画像の短手方向（すなわち、ｙ方向）の強度プロファイルＩＬ（ｙ）が、約７５μｍの幅ｗの一例を規定するガウス形状を有することを示す。 図６Ａは、図４Ｂと同様の図であって、ブレードの端部が鋸歯を含む第２絞り装置の一例を示す。 図６Ｂは、図６Ａの第２絞り装置の左側のブレードの拡大図である。図６Ｂは、２つの鋸歯と、その鋸歯のいくつかの寸法パラメータを示す。 図６Ｃは、線形成光学システムの一例の最終的な画像面における正規化強度プロファイルＩ（ｘ）の対数プロット図である。ここでは、ブレードの端部は、直線状である。すなわち、鋸歯を有していない。 図６Ｄは、図６Ｃに対応するプロット図であるが、ブレードの端部が鋸歯を有する例を示すものである。 図６Ｅは、図１と同様の図であって、ブレードの端部が鋸歯を有する場合の最終的な画像面での強度プロファイルＩ（ｘ）および熱放射プロファイルＥ（ｘ）を示す。 図７は、反射中継光学システムを含む線形成光学システムの一例の模式図である。 図８は、本明細書に開示された図２の線形成光学システムを含むレーザアニーリングシステムの一例の模式図である。 図９は、図８と同様の図であって、欠陥アニーリング及びスパイクアニーリングを実行するために使用することができるレーザアニーリングシステムの一例を示す。 図１０Ａは、ＣＯ_２系線形成光学システム及びダイオード系線形成光学システムによって形成される線画像の拡大図であって、半導体ウエハの表面における２つの線画像の相対位置の一例を示す。 図１０Ｂは、ＣＯ_２系線形成光学システム及びダイオード系線形成光学システムによって形成される線画像の拡大図であって、半導体ウエハの表面における２つの線画像の相対位置の他の例を示す。 図１０Ｃは、ＣＯ_２系線形成光学システム及びダイオード系線形成光学システムによって形成される線画像の拡大図であって、半導体ウエハの表面における２つの線画像の相対位置の他の例を示す。

以降、本開示の様々な実施形態、および、添付の図面に示される複数の例について詳述する。可能な限り、同一または類似の部分の図では、同一または類似の参照番号および参照符号が用いられる。図面には決まった縮尺がなく、当業者であれば、図面は本発明の主要な部分を説明するために簡略化されていることに気づくであろう。

下記の特許請求の範囲の記載は、発明の詳細な説明に組み込まれると共にその一部を構成する。

いくつかの図面において、参考のためにデカルト座標が描かれているが、これは方向および配置位置を限定するものではない。さらに、第２の絞り装置におけるデカルト座標は、ｘ’及びｙ’で表され、第１の絞り装置及び画像面における（ｘ，ｙ）座標とは区別される。

以下の記述では、「レーザ光線」及び「光（光線）」との用語は、互換可能に使用される。また、用語「ミクロン」及び符号「μｍ」は、互換可能に使用される。

「上流」及び「下流」との用語は、光学システム設計の技術分野で従来から用いられるように、光の進行方向に対する部品の位置を言及するために用いられる。ここで、部品Ｂが部品Ａの下流にあるというとき、部品Ａから部品Ｂの方向へ光は進む。逆もまた同様である。

線形成光学システム
図２は、本開示による線形成光学システム１０の一例の模式図である。線形成光学システム１０は、光軸Ａ１、対物面ＯＰ、及び画像面ＩＰを含む。後述するように、線画像８０は画像面ＩＰに形成される。

線形成光学システム１０は、光軸Ａ１に沿って、対物面ＯＰの上流にレーザ光源２０を含む。レーザ光源２０は、光軸Ａ１に沿って対物面ＯＰへ向かって初期レーザ線（光線）２２を放射する。一例では、レーザ光源２０は、ＣＯ_２レーザを含む。ＣＯ_２レーザは、公称波長１０．６μｍで動作する。初期レーザ光線２２は、一例では、少なくともｘ方向に沿って、さらなる例では、ｘ方向及びｙ方向の両方向に沿って、ガウス分布（プロファイル）を有する。一例では、初期レーザ光線２２は、円形対称である必要はない。例えば、ｘ方向及びｙ方向におけるガウス分布は、異なる寸法を有し得る。一例では、レーザ光源２０は、初期レーザ光線２２において約３５００Ｗの光学出力を有する。

また、線形成光学システム１０は、光線調整光学システム３０を含む。光線調整光学システム３０は、レーザ光源２０と対物面ＯＰとの間において光軸Ａ１に沿って配置されている。光線調整光学システム３０は、初期レーザ光線２２を受光して、初期レーザ光線２２から調整レーザ線（光線）２４を形成するように構成されている。一例では、光線調整光学システム３０は、光線拡張を実行するように構成される。その場合、調整レーザ光線２４は、初期レーザ光線２２を拡張したものとなる。一例では、光線調整光学システム３０は、ｘ方向及びｙ方向での任意の寸法（プロファイル）を伴う調整レーザ光線２４を供給するように構成される。一例では、光線調整光学システム３０は、初期レーザ光線２２の寸法を、ｘ方向及びｙ方向に同じ量だけ拡張する。

光線調整光学システム３０は、ミラー、レンズ、絞り（開口）、及び同等の光学部品のうちの少なくとも一つを含み得る。一例の光線調整光学システム３０は、２つ以上の軸外ミラー（軸外しミラー）を利用する。各軸外ミラーは、当該技術分野で公知であり、米国特許第２，９７０，５１８号及び第３，６７４，３３４号に記載の２つの例のような光学出力を有する。種々の例では、光線調整光学システム３０は、アナモルフィック、円筒状、あるいは円対称であり得る。

一実施形態では、レーザ光源２０及び光線調整光学システム３０は、レーザ光源システム３５を規定する。レーザ光源システム３５は、調整レーザ光線２４が線画像８０を形成するための所望の強度プロファイルＩ（ｘ，ｙ）を生成する。レーザ光源２０が、調整される必要のない適切な初期レーザ光線２２を放射する例では、光線調整光学システム３０は必要ではなく、調整レーザ光線２４の代わりに初期レーザ光線２２を使用することができる。そのため、以下の記述において、調整レーザ光線２４は、未処理の初期レーザ光線２２で規定される例であると理解される。

また、線形成光学システム１０は、光軸Ａ１に沿って、対物面ＯＰに第１の絞り装置４０を含む。一例では、第１絞り装置４０は、端部４３をそれぞれ有する一対のブレード４２を含む。ブレード４２は、対物面ＯＰにおいて光軸Ａ１のそれぞれの側に配置される。これにより、それぞれの端部４３は、離間して対向し、スリット開口部４４を形成する。スリット開口部４４は、拡大差し込み図ＩＮ１で最も良く図示されるように、Ｙ方向に長さ（長手）寸法を有する。拡大差し込み図ＩＮ１は、＋ｚ方向に光軸Ａ１を見下ろすようにして第１絞り装置４０を示す。スリット開口部４４は、ｘ方向に幅ｄ１を有する。幅ｄ１は、後述するように、線形成光学システム１０によって画像面ＩＰに形成された線画像８０の長さＬを規定する。一例では、ブレード４２は、移動可能であり、幅ｄ１を調整し、それに伴って線画像８０の長さＬを調整する。

また、線形成光学システム１０は、光軸Ａ１に沿って、第１絞り装置４０の下流に中継光学システム５０を含む。図２に示す中継光学システム５０は、説明を容易にするために透過光学システムとして図示される。反射中継光学システム５０の一例は、図６と関連させて後述される。中継光学システム５０は、第１光学部品５２Ａ及び第２光学部品５２Ｂを含む。中継光学システム５０内には、中間フーリエ面ＩＦＰが存在する。中間フーリエ面ＩＦＰには、フーリエフィルタを配置することができる。ここで、用語「中間」は、フーリエ面ＩＦＰが第１光学部品５２Ａと第２光学部品５２Ｂとの間に存在することを意味するものとして使用される。以下の説明では、「中間フーリエ面」は、単に「フーリエ面」と称される。

一例では、各光学部品５２Ａ及び５２Ｂは、レンズ、ミラーなどの一つ以上の光学素子で構成される。中継光学システム５０は、第１絞り装置４０において対物面ＯＰを規定するとともに、線画像８０が形成される画像面ＩＰも規定する。フーリエ面ＩＦＰは、第１光学部品５２Ａから距離ｆだけ離れている。一例では、フーリエ面ＩＦＰは、第２光学部品５２Ｂからも距離ｆだけ離れている。ここで、距離ｆは、第１光学部品５２Ａ（および第２光学部品５２Ｂ）の焦点距離である。したがって、第１光学部品５２Ａは、フーリエ面ＩＦＰを規定する。

中継光学システム５０は、第２絞り装置６０をさらに含む。第２絞り装置６０は、第１光学部品５２Ａによって規定されるフーリエ面ＩＦＰにおいて、第１光学部品５２Ａと第２光学部品５２Ｂとの間に配置される。第２の拡大差し込み図ＩＮ２を参照すると、一例では、第２絞り装置６０は、端部６３をそれぞれ有する一対のブレード６２を含む。ブレード６２は、フーリエ面ＩＦＰにおいて、光軸Ａ１のそれぞれの側に配置される。これにより、各端部６３は、離間して対向し、スリット開口部６４を形成する。スリット開口部６４は、ｙ’方向、すなわち、第１絞り装置４０のスリット開口部４４と同じ方向に、長さ（長手）寸法を有する。スリット開口部６４は、ｘ’方向に幅ｄ２を有する。一例では、ブレード６２は移動可能であり、幅ｄ２を調整することができる。

また一実施形態では、ブレード６２の端部６３は、鋸歯を有している。この実施形態については、後で詳述する。

一実施形態では、中継光学システム５０は、ｘ−ｚ面において実質的に単位倍率を有する（すなわち、実質的に１倍（１×）システムである）。また一例では、中継光学システム５０は、円筒状又はアナモルフィックの何れかでありうる。第１絞り装置４０のスリット開口部４４の幅ｄ１は、ｘ方向における調整レーザ光線２４の寸法を規定する。ｘ−ｚ面における１倍倍率では、ｄ１＝Ｌとなる（拡大差し込み図ＩＮ３参照）。

線形成光学システム１０の一般的な動作では、調整レーザ光線２４が形成され、第１絞り装置４０は、この調整レーザ光線２４の比較的大部分の光量がスリット開口部４４を通過するように構成される。図３Ａは、第１絞り装置４０の（＋ｚ方向に見た）正面図であり、調整レーザ光線２４の近似ゼロ強度曲線（Ｉ（ｘ、ｙ）≒０）を示す。一例では、調整レーザ光線２４は、ｘ方向により長い（すなわち、強度プロファイルＩ（ｘ，ｙ）がｘ方向に延びている）プロファイルで、ｘ方向及びｙ方向にガウスプロファイルを有する。

上述のように、ｙ方向のガウスプロファイルの幅ｗ１は、線画像８０の幅ｗ（短手寸法）を規定する。一例では、幅ｗ１は、ｙ−ｚ面に光学出力を有しない中継光学システム５０（すなわち、中継光学システム５０は、ｘ−ｚ面のみに光学出力を有する円筒形である）とともに、光線調整光学システム３０によって規定される。これは、光線調整光学システム３０を使用することの利点の一つである。なぜなら、アナモルフィック素子を使用して第１光学部品５２Ａ及び第２光学部品５２Ｂを形成する必要性がなくなるためである。

図３Ｂは、調整レーザ光線２４のｘ（ｍｍ）に対する強度プロファイルＩ（ｘ）のプロット図である。また図３Ｂは、調整レーザ光線２４に対する第１絞り装置４０のブレード４２の配置例を示す。図３Ａにおいて調整レーザ光線２４のハッチング部分２４Ｂは、各ブレード４２によって遮光される調整レーザ光線２４の部分を示す。一方、スリット開口部４４を通過する部分は２４Ｐで示され、以下では、「第１透過光（伝達光）」と呼ぶ。第１透過光は、図３Ｂにおいても図示される。図３Ｂでは、強度プロファイルＩ（ｘ）の破線部分が、各ブレード４２によって遮光される調整レーザ光線２４の部分を示す。図３Ａ及び図３Ｂに示す例では、調整レーザ光線２４の約９０％の光が第１透過光２４Ｐとしてスリット開口部４４を通過する一方、強度プロファイルの両翼にある調整レーザ光線２４の約１０％の光が、ブレード４２によって遮光される。一例では、第１絞り装置４０は、調整レーザ光線２４の少なくとも５０％を通過させるように構成される。

第１絞り装置４０は、調整レーザ光線２４の実質的な部分を通過させるように構成されているため、スリット開口部４４内の強度プロファイルＩ（ｘ）の変動は比較的大きい。一例では、この変動は５０％よりも大きく、また他の例では、この変動は６５％よりも大きく、さらに他の例では、この変動は７０％よりも大きい。このことは、図３Ｂにおいて最も明確に示される。図３Ｂでは、（標準化された）ピーク強度は、スリット開口部４４の中心において（すなわち、ｘ＝０において）１である。また、端部４３によって規定される第１スリット開口部４０の端部では、強度は、約０．２８、すなわち、Ｉ（ｘ）の最大値の約２８％にまで低下する。この強度分布が従来の中継手段を用いて画像面ＩＰへ中継されると、線画像８０は、長手方向における強度均一性において対応する変動（約７２％）を有するであろう。この値は、線画像８０の長さＬについて、＋／−５％（±５％）以内、あるいは、ある場合には±２％以内というより好ましい強度均一性を大幅に超えている。

再び図２を参照すると、スリット開口部４４を通過する第１透過光２４Ｐは、第２絞り装置６０上で、中継光学システム５０の第１光学部品５２Ａによってフーリエ面ＩＦＰに焦点合わせされる。フーリエ面ＩＦＰは、第１絞り装置４０における（ｘ，ｙ）座標とは別の座標ｘ’及びｙ’を有する。このような焦点合わせにより、第２の強度プロファイルＩ’（ｘ’，ｙ’）が得られる。第２の強度プロファイルＩ’（ｘ’，ｙ’）は、対物面ＯＰでの強度プロファイルＩ（ｘ，ｙ）の（ｘ’方向の）１次元フーリエ変換によって規定される。

単純化された方法では、端部４３に存在する鋸歯は無視され、対物面ＯＰでの強度プロファイルＩ（ｘ）は、（（ｄ１）／２＝ａとともに）
Ｉ（ｘ）＝Ｇ（ｘ）・ｒｅｃｔ（ｘ／ａ）
で規定することができる。ここで、ｒｅｃｔ（ｘ／ａ）は、０（｜ｘ｜＞ａの場合）、１／２（ｘ＝ａの場合）、及び、１（｜ｘ｜＜ａの場合）であり、Ｇ（ｘ）＝ｅｘｐ（−ｘ^２）である。したがって、Ｉ’（ｘ）は、

で求められる。

図４Ａは、第２絞り装置６０における第１透過光２４Ｐのｘ’（ｍｍ）に対する強度分布Ｉ’（ｘ’）のプロット図である。図４Ｂは、図３Ｂの第２絞り装置６０を＋ｚ方向に見た場合の正面図である。図４Ｂを参照すると、第２絞り装置６０のブレード６２は、第２絞り装置６０に入射する第１透過光２４Ｐの一部２４Ｐ’が第２絞り装置６０のスリット開口部６４を通過し、第１透過光２４Ｐの各部分２４Ｂ’がブレード６２によってそれぞれ遮光されるように、配置される。これにより、光２４Ｐ’は「第２透過光（伝達光）」と称され、中継光学システム５０の下流部分で、線画像８０を形成するために使用される。

図４Ａは、ブレード６２が、第２透過光２４Ｐ’の選択量を通過させるために、選択幅ｄ２に設定され得ることを詳細に示す。強度プロファイルＩ’（ｘ）は、多くのより小さなピークによって囲まれた強い中央ピークＰ０を示す。より小さなピークは、プロファイルの中心からの大きさが小さくなる。中央ピークＰ０のそれぞれの側にある第１ピークは、Ｐ１で示され、第１の最小値ｍ１及び第２の最小値ｍ２によって囲まれた最大値ＭＸによって規定される。一例では、スリット開口部６４は、幅ｄ２を有するように規定される。ここで、各ブレード端部６３は、対応する第１ピークＰ１内に存在し、これにより、スリット開口部６４は、第１ピークＰ１に関連した第１透過光２４Ｐの少なくとも一部を透過（伝達）させる。

他の例では、第２絞り装置６０は、端部６３が、最大値ＭＸと第２の最小値ｍ２との間の対応する第１ピークＰ１内に存在するように構成されている。例えば、ｘ軸の正側のｘ値が、最大値ＭＸについてのｘ_ＭＸ及び第２の最小値ｍ２についてのｘ_ｍ２で規定され、端部６３のｘ位置がｘ_６３で規定されると、正側ブレード６２の端部６３の位置条件は、ｘ_ＭＸ≦ｘ_６３≦ｘ_ｍ２で表すことができる。負側ブレード６２の端部６３における対応条件は、−ｘ_ｍ２≦−ｘ_６３≦−ｘ_ＭＸで表すことができる。この空間フィルタリング条件は、例えば、長さＬ上で長手方向に測定された場合に±５％以内という強度不均一性の許容レベルとともに、線画像８０の形成について最良の結果をもたらすことが確認された。

一例では、フーリエ面ＩＦＰにおいて第２絞り装置６０によって遮光される第１透過光２４Ｐの量は、約５から８％である。これにより、第１透過光２４Ｐの約９５から９２％が透過して、第２透過光２４Ｐ’が形成される。これにより、中継光学システム５０は、入力値、又は、対物面ＩＰに供給される強度に対して最大約７５％の効率で画像面ＩＰに線画像８０を形成することができる。これに対して、従来技術の効率は、約１５％である。

さらに、長手方向（すなわち、ｘ方向）の線画像８０の強度均一性は、一例では、長手方向の長さＬにわたって±５％の公差を満たすことができ、また他の例では、±２％の公差を満たし得る。

線画像８０は、第２透過光２４Ｐ’を用いて画像面ＩＰに形成される。このｘ方向における第２透過光２４Ｐ’は、Ｉ’（ｘ’）の切り取り（切り捨て）タイプとして規定され、以下のように示される。ここで、Ｆ｛・｝はフーリエ変換工程を意味する。

そして、線画像８０の強度プロファイルＩＬ（ｘ）は、Ｉ（ｘ’）の１Ｄ逆フーリエ変換である。すなわち、ＩＬ（ｘ）＝Ｆ^−１｛Ｉ’（ｘ’）｝となる。

図４Ａから、第２絞り装置６０が、上記のＩ’（ｘ’）の表現において１Ｄ「ｒｅｃｔ（矩形）」関数を規定し、ｘ’軸に沿ったより高い空間周波数成分の選択量を除去するように機能することがわかる。これらのより高い空間周波数成分は、高解像度の線画像を形成するために必要とされる。高解像度の線画像は、第１絞り装置４０における入力（調整）レーザ光線２４の強度変動を含む。そのため、第２絞り装置６０によるフィルタリングは、線画像８０の長手方向における強度変動を取り除くように作用する。他方では、これらのより高い空間周波数成分の強度は比較的低いため、第１透過光２４Ｐの大部分は、スリット開口部６４を通り、第２透過光２４Ｐ’を形成する。

図５Ａは、画像面ＩＰにおける線画像８０の長手方向でのｘ（ｍｍ）に対する強度プロファイルＩＬ（ｘ）のプロット図である。図５Ａは、例として、線形成光学システム１０によって形成されたＬ＝１０ｍｍ（実線）及びＬ＝７．５ｍｍ（破線）という２つの異なる寸法を有する線を示す。一例では、線画像８０の長さＬは、５ｍｍ≦Ｌ≦１００ｍｍの範囲内であり得る。

図５Ｂは、ｙ（μｍ）に対する強度プロファイルＩＬ（ｙ）のプロット図である。図５Ｂは、線画像８０の短手方向（すなわち、ｙ方向）の強度プロファイルが、約７５μｍの幅ｗの一例を規定するガウス形状を有することを示す。一実施形態では、幅ｗは、２５μｍ≦ｗ≦１０００μｍ、又は２５μｍ≦ｗ≦５００μｍｍ、あるいは２５μｍ≦ｗ≦２５０μｍの範囲内であり得る。上述の通り、一例では、幅ｗは、光線調整光学システム３０によって規定され、これにより、中継光学システム５０はＹ−Ｚ面に光学出力を持たない円筒形となり得る。

線画像８０が短手方向、すなわち、ｙ方向に走査される場合、線画像８０の短手寸法における強度プロファイルＩＬ（ｙ）が、長手寸法における強度プロファイルＩＬ（ｘ）と同じ均一性の公差を満たす必要はない。この場合、ｙ方向の強度変動は、走査中に平均化される。図５Ｂの強度プロファイルＩＬ（ｙ）のプロット図では、線画像８０は、ｙ方向に約±１０％の強度変動を有する。

鋸歯状の第２絞り装置
図６Ａは、図４Ｂと同様の図であって、第２絞り装置６０のブレード６２が、端部６３において鋸歯６７を含む一実施形態を示す。図６Ｂは、左側のブレード６２および２個の鋸歯６７の拡大図である。一例では、鋸歯６７は、長さｌ、幅ｗおよびピッチｐを有する。一例では、長さｌは、
０．１・（λ／（ｄ２））・ｆ≦ｌ≦（λ／（ｄ２））・ｆ
という範囲内にある。ここで、ｆは、反射中継光学システム５０の第１光学部品５２Ａおよび第２光学部品５２Ｂの焦点距離である。また一例では、鋸歯のピッチｐは、例えば、（０．９）・ｌ≦ｐ≦（１．１）・ｌの長さｌと実質的に等しい。

鋸歯状のブレード６２を有する第２絞り装置６０は、線形成光学システム１０における下流側の光学素子の端部６３における光の強度を減少させるように機能するように構成されている。図６Ｃは、一例の線形成光学システム１０の中継光学システム５０の第２光学部品５２Ｂにおける正規化強度プロファイルＩ（ｘ）の対数プロット図である。図６Ｃの線形成光学システム１０において、端部６３は直線状である。すなわち、端部６３は鋸歯を有していない。図６Ｄは、端部６３が鋸歯６７を含む例における対応プロット図である。

２５ｍｍの径を有する下流側の光学部品に関連して図６Ｄおよび図６Ｃの２つのプロット図を比較すると、端部６３が鋸歯を含む場合において、下流側の光学部品の端部における強度がどの程度大きく減少するかが明らかになる。これにより、光学部品の端部によって回折量がより小さくなる。これにより、画像面ＩＰにおける線画像８０の強度プロファイルＩ（ｘ）の変動量またはリップル（波紋）量が減少する。

図６Ｅは、図１と同様の図であって、画像面ＩＰにおけるｘ（ｍｍ）に対する強度プロファイルＩ（ｘ）のプロット図である。図６Ｅは、強度プロファイルＩ（ｘ）および熱放射プロファイルＥ（ｘ）の均一性が大幅に改善していることを示し、特に、熱放射プロファイルＥ（ｘ）におけるリップルが実質的に除去されることを示す。

反射中継光学システム
図７は、線形成光学システム１０の一例の模式図である。この線形成光学システム１０は、反射中継光学システム５０及び折り返しミラー光学システム９０を含む。折り返しミラー光学システム９０は、画像面ＩＰに配置されたウエハＷの表面ＷＳへ線画像８０を方向付けるために用いられる。反射中継光学システム５０は、軸外構造に配置された凹面ミラーの形態の第１光学部品５２Ａ及び第２光学部品５２Ｂを含む。また、中継光学システム５０は、折り返しミラーＦ１，Ｆ２、及びＦ３を含む。折り返しミラーＦ１，Ｆ２、及びＦ３は、第１透過光２４Ｐの光路を折り返すように機能する。第１透過光２４Ｐの光路は、対物面ＯＰで第１絞り装置４０を通過する。この具体例では、折り返しミラーＦ２は、フーリエ面ＩＦＰに配置される。折り返しミラーＦ２は、第２絞り装置６０の背面に配置される。この結果、第１透過光２４Ｐは、第２絞り装置６０に入射する。中央部分（第２透過光）２４Ｐ’のみが、折り返しミラーＦ２によって反射され、中継光学システム５０の残りの部分を通過する。このように、一例の中継光学システム５０は、反射光学部品で構成され、屈折光学部品を有さない。このような構成は、レーザ光源２０が、例えば、公称１０．６μｍのＣＯ_２レーザ波長などの赤外波長で動作する場合に望ましい。

この第２透過光２４Ｐ’は、折り返しミラーＦ３によって反射され、第２の光学部品５２Ｂへ方向付けられる。第２の光学部品５２Ｂは、第２透過光２４Ｐ’を折り返しミラー光学システム９０へ方向付ける。折り返しミラー光学システム９０は、少なくとも一つの折り返しミラーＦ４を含む。一例では、折り返しミラー光学システム９０は、平行でない対物面ＯＰ及び画像面ＩＰを補償するように構成され、これにより、線画像８０はウエハＷの表面ＷＳに適切に画像化される。

レーザアニーリングシステム
図８は、レーザアニーリングシステム１００の一例の模式図である。このレーザアニーリングシステム１００は、本明細書中に開示される線形成光学システム１０を含む。線形成光学システム１０の使用に適したレーザアニーリングシステムの例は、例えば、米国特許第７，６１２，３７２号、第７，５１４，３０５号、第７，４９４，９４２号、第７，３９９，９４５号、第７，１５４，０６６号、第６，７４７，２４５号、及び第６，３６６，３０８号に記載される。

図８のレーザアニーリングシステム１００は、光軸Ａ１に沿って、上述の線形成光学システム１０を含む。このレーザアニーリングシステム１００では、レーザ光源２０によって放射される初期レーザ光線２２（図２も参照）は、選択条件において吸収され、ウエハＷを加熱することのできる波長（例えば、ＣＯ_２レーザからの公称１０．６ミクロン）を有する。このような条件には、例えば、ウエハＷを加熱することや、あるいは、ウエハＷの半導体バンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する第２の放射線ビーム（図示せず）でウエハＷを照射することが含まれる。これにより、ウエハＷは、ウエハＷをアニーリング温度Ｔ_Ａにまで加熱することができる程度に、初期光線２２を吸収できる。第２のレーザ光源でウエハＷを照射してウエハＷに初期光線２２を吸収させる一例は、米国特許第７，０９８，１５５号、第７，１４８，１５９号、第７，４８２，２５４号に記載される。

ウエハＷは、上面１１２を有するチャック１１０によって支持される。一例では、チャック１１０は、ウエハＷを加熱するように構成される。続いてチャック１１０は、ステージ１２０に支持され、さらにステージ１２０は、プラテン（図示せず）に支持される。一実施形態では、チャック１１０はステージ１２０に組み込まれる。他の実施形態では、ステージ１２０は移動可能であり、例えば、平行移動可能及び回転可能である。一例では、チャック１１０は、例えば、数百度程度にウエハＷを予熱するために使用される。

ウエハＷは、ソース領域１５０Ｓ及びドレイン領域１５０Ｄの形態でデバイス特徴部ＤＦを有する例によって示される。ソース領域１５０Ｓ及びドレイン領域１５０Ｄは、ウエハＷに形成される回路（例えば、トランジスタ）１５６の一部として、ウエハＷの表面ＷＳ上、あるいは、表面ＷＳの近傍に形成される。説明の便宜上、回路１５６のソース領域１５０Ｓ及びドレイン領域１５０Ｄの相対的な寸法は、ウエハＷと比較して大幅に拡大されていることに留意すべきである。実際には、ソース領域１５０Ｓ及びドレイン領域１５０Ｄは非常に浅く、ウエハＷに対して約１ミクロン以下の深さを有する。一例では、ウエハＷの表面ＷＳは、装置構造によって規定されるパターンを含む。装置構造は、装置製造プロセスの一部としてウエハＷに形成される。パターンは、上述した不都合なパターン効果を生じさせる。ウエハＷの表面ＷＳを照射する光の波長λがパターンのサイズδの約５０倍よりも小さいとき、不都合なパターン効果は、温度不均一性を招くおそれがある。

一実施形態では、レーザアニーリングシステム１００は、制御部１７０をさらに含む。制御部１７０は、線形成光学システム１０及びステージ制御部１２２に電気的に接続されている。ステージ制御部１２２は、ステージ１２０に電気的に接続され、制御部１７０からの指令を介してステージ１２０の動きを制御するように構成される。制御部１７０は、一般的にはレーザアニーリングシステム１００の動作を、より具体的にはレーザ光源２０及びステージ制御部１２２の動作を制御するように構成され、接続されている。

一実施形態では、制御部１７０は、パーソナルコンピュータ、ワークステーションなどのコンピュータであってもよいし、そのようなコンピュータを含んでもよい。コンピュータは、例えば、テキサス州オースチンにあるデルコンピュータ株式会社などの多くの周知のコンピュータ企業のうちの何れかから入手することができる。制御部１７０は、多くの市販のマイクロプロセッサの何れか、プロセッサをハードディスクドライブなどのメモリ装置に接続する適切なバスアーキテクチャ、及び適切な入出力装置（例えば、それぞれキーボード及びディスプレイ）を含むことが好ましい。

引き続き図８を参照すると、上述のようにして生成された第２透過光２４Ｐ’は、ウエハＷの表面ＷＳ上に導かれ、表面ＷＳ上に線画像８０を形成する。本明細書中では、「画像」との用語は、一般的に、画像面ＩＰ及びそこに存在するウエハＷの表面ＷＳにおいて、第２透過光線２４Ｐ’によって形成される光の分布を示すために用いられる。

一実施形態では、線画像８０は、図８において矢印１８０で示すように、ウエハＷの表面ＷＳ上を走査される。これにより、ウエハＷの表面ＷＳ（約１００ミクロン以下の深さまで）が、ソース領域１５０Ｓ及びドレイン領域１５０Ｄでドーパントを活性化するのに十分なアニーリング温度Ｔ_Ａ（例えば、非溶融プロセスでは１０００℃から１，３００℃の間、溶融プロセスでは約１，４００℃のシリコン溶融温度超）にまで局所的に高速加熱される。また、ウエハＷの表面ＷＳを高速冷却することもでき、その結果、ドーパントは実質的に拡散せず、これにより、ソース領域１５０Ｓ及びドレイン領域１５０Ｄの浅さを維持することができる。ウエハＷの表面ＷＳの包括的なドーパント活性化は、レーザアニーリングシステム１００を用いて実行することもできる。ウエハＷの表面ＷＳ上における線画像８０の一般的な走査速度は、２５ｍｍ／秒から１０００ｍｍ／秒の範囲である。一例では、第２光線２４Ｐ’及びウエハＷの一方又は双方は、走査中に移動可能である。

線形成光学システム１０は、比較的大きな出力密度を有する比較的長い線画像８０を形成することができるため、ウエハＷは、従前の線画像形成光学システムよりも大幅に高速で（例えば、３倍速く、あるいは、３倍のスループット改善用に３倍の長さの処理ラインを有するように）走査されることができる。これにより、レーザアニーリングシステム１００によって処理することのできる時間当たりのウエハＷの数を増加させることができる。

欠陥及びスパイクアニーリングシステム及び方法
本開示の局面は、欠陥アニーリングを実行するためのシステム及び方法、又は、本明細書中に開示される線形成光学システム１０を使用した欠陥アニーリング及びスパイクアニーリングを含む。図９は、図８と同様の図であり、レーザアニーリングシステム１００の他の実施形態を開示する。レーザアニーリングシステム１００の他の実施形態は、本明細書中に開示される欠陥アニーリングを実行するためのＣＯ_２レーザ系線形成光学システム１０を含み、スパイクアニーリングを実行するために使用されるダイオード系線形成光学システム２００も含む。ダイオード系線形成光学システム２００は、制御部１７０に動作可能に接続され、波長λ_２の光線２２２を発するレーザダイオード光源２２０を含む。ダイオード系線形成光学システム２００は、線形成光学部２２３も含む。線形成光学部２２３は、光線２２２を受光し、光線２２４を形成するように配置される。光線２２４は、ウエハＷの表面ＷＳに線画像２８０を形成する。一例では、波長λ_２は、例えば、３８０ｎｍ≦λ_２≦１０００ｎｍの可視光領域及び近赤外光領域の範囲内にある。また他の例では、波長λ_２は、例えば、５００ｎｍ≦λ_２≦９００ｎｍの可視光領域内のみにある。線形成光学部２２３は、一つ以上の光学要素を含み得る。光学要素は、屈折性、反射性、回折性などを有し得る。一例では、線形成光学部２２３は、アナモルフィックであり、さらなる例では、円筒形の光学システムであるか、あるいは、円筒形の光学システムを含む。一例では、線画像２８０は、その長さに対して±５％以内の強度均一性を有する。

一例では、線画像２８０は、図９に例示され、図１０Ａの拡大図に示されるように、線画像８０と重なる。他の例では、図１０Ｂに示すように、線画像２８０は、線画像８０内に内在する。他の例では、図１０Ｃに示すように、線画像２８０の大部分が、ＣＯ_２レーザ系線形成光学システム１０によって形成される線画像８０内に内在し、また、線画像２８０のいくらかが、線画像８０の外側に位置する。一例では、線画像２８０は、線画像８０よりも実質的に狭く、さらなる例では、２５ミクロンから２５０ミクロンの範囲内、または、５０ミクロンから１５０ミクロンの範囲内の幅を有する。一例では、線画像２８０の幅は、線画像８０の幅の５％から２５％の間である。一例では、線画像８０及び線画像２８０は、概ね同じ長さを有する。一例では、その長さは、５ｍｍから１００ｍｍの範囲内である。一例では、線画像８０の幅は約１ｍｍであり、線画像２８０の幅は５０ミクロンから１５０ミクロンの範囲内である。一例では、線画像８０及び２８０は、少なくとも部分的に重なる。

一例では、第２透過光２４Ｐ’は、１０００Ｗから３０００Ｗの光学出力で、線画像８０を経由してウエハＷの表面ＷＳへ伝達される。上述したように、線画像８０は、最大約１ｍｍまでの幅を有し得る。図８の例では、第２透過光２４Ｐ’及び線画像８０を使用して、ウエハＷの表面ＷＳ上で線画像８０を走査することによって欠陥アニーリングを実行する。これにより、ウエハＷの表面ＷＳの温度は、欠陥アニール温度Ｔ_Ｄに局所的に上昇する。一例では、欠陥アニーリング温度Ｔ_Ｄは１０５０℃である。実際には、欠陥アニーリング温度Ｔ_Ｄは、アニールの継続時間、すなわち、線画像８０の滞留時間に関連する。一般的に、より長い欠陥アニーリング時間には、より低い温度が要求される。一例では、欠陥アニーリング時間ｔ_Ｄは、対応する欠陥アニール温度Ｔ_Ｄで２ミリ秒から１５ミリ秒の範囲の時間を取り得る。一例では、ｔ_Ｄ＝２ミリ秒に対して、約１０００℃から１１５０℃の範囲の欠陥アニール温度Ｔ_Ｄとなり、他の例では、ｔ_Ｄ＝１５ミリ秒に対して、７００℃から１０００℃の範囲の欠陥アニール温度Ｔ_Ｄとなる。一例では、アニール温度Ｔ_Ｄは、６５０℃≦Ｔ_Ｄ≦１１００℃の範囲内となる。

ダイオード系線形成光学システム２００からの光線２２４及び線画像２８０は、ウエハＷのスパイクアニーリングを実行するために使用される。一例では、レーザダイオード光源２２０は、例えば、３００Ｗから５００Ｗの比較的小さな光学出力を生成する。なぜこのようなわずかなレーザ出力しか要求されないのかという点について、主に２つの理由が存在する。第１の理由は、欠陥アニール温度Ｔ_Ｄからスパイクアニール温度Ｔ_Ａへの温度上昇が、例えば、セ氏数百度と小さいためである。第２の理由は、ダイオードレーザ可視波長λ_２の吸収長が、ＣＯ_２レーザ赤外波長λ_１の吸収長と比較して、一般的に１００倍短いためである。そのため、レーザスパイクアニーリングを実行するためにＣＯ_２レーザを用いる従来の方式と比較して、実質的により小さな光学出力を有するレーザを、レーザスパイクアニーリングに使用することができる。従来の方式と比べて、使用されるダイオードレーザ出力が大幅に小さいため、ウエハＷの端部に損傷を与えるリスクが大きく低減する。

従来の方式では、光線２２４及び線画像２８０によって、２ｋＷから３ｋＷのダイオードレーザ出力が伝達される必要がある。本明細書中で開示されるレーザアニーリングシステム及び方法では、温度を欠陥アニール温度Ｔ_Ｄからスパイクアニール（又はドーパント活性化）温度Ｔ_Ａへ上昇させるために必要とされる熱量、並びに、線画像２８０の寸法及び走査速度に応じて、およそ２００ワットから５００ワットのダイオードレーザ出力が採用され得る。

一例では、線画像２８０は、走査方向において、５０ミクロンから１５０ミクロンまでの幅を有する。一例では、ダイオード系線形成光学システム２００は、例えば、上述の米国特許出願番号第１４／４９７，００６号に基づく光ファイバーである。

ダイオード系線形成光学システム２００は、後述するように、線画像２８０が線画像８０と少なくとも部分的に重なるように配置される。光線２２４及び線画像２８０によって供給される光学出力は、ウエハＷの表面ＷＳの温度を、欠陥アニール温度Ｔ_Ｄ（例えば、約１０５０℃）からスパイクアニール（又はドーパント活性化）温度Ｔ_Ａへ局所的に上昇させるために使用される。スパイクアニール（又はドーパント活性化）温度Ｔ_Ａは、例えば、約１１５０℃から約１３５０℃である。

数百度程度のこのような温度上昇は、波長λ_２の光線２２４を使用して実行されるため、パターン効果によるパターン温度不均一性は、約２０％以下（例えば、約６０℃以下）である。この程度の量の不均一性は、従来技術に対して実質的な改善をもたらす。従来技術では、パターン効果による温度不均一性は、１６０℃程度に大きくなり得る。したがって、レーザアニーリングシステム１００、及びこのレーザアニーリングシステム１００を用いたアニーリング方法は、スパイクアニーリング中の温度均一性を改善することができる。一例では、約２５％以上、例えば、約２５％から約４０％程度改善することができる。線画像２８０を用いたスパイクアニーリングでの一般的な滞留時間は、２００マイクロ秒から８００マイクロ秒の範囲となり得る。線画像２８０の幅は、走査速度（例えば、ステージの速度）を決定する。

上述のように、スパイクアニーリングの実施に可視波長λ_２を用いることのさらなる利点は、一例において、走査中にウエハＷの端部（側面）を照射する光線２２４が比較的低出力であるということである。これにより、ウエハＷに損傷を与えるおそれを大幅に減少させることができ、特に、ウエハ破壊のおそれを減少させることができる。

当業者には明白であるが、添付される特許請求の範囲で規定された本開示の精神または範囲から逸脱することなく、本明細書中に記載された本開示の好ましい実施形態に対して様々な変更を加えることができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等範囲内で行われる本開示の修正及び変更を包含する。

Claims (32)

1. パターンを含む表面を有する半導体ウエハの欠陥アニール温度Ｔ_Ｄでの欠陥アニーリングを実行する方法であって、
   公称１０．６ミクロンの波長λおよび少なくとも第１方向においてガウス分布を有する第１強度プロファイルを有するＣＯ_２レーザから光線を形成することと、
   前記第１方向において前記光線の少なくとも５０％を通過させて、第１透過光を形成することと、
   前記第１透過光をフーリエ面に焦点合わせし、中央ピークと、前記中央ピークにすぐに隣接した第１サイドピークとを有する第２強度プロファイルを規定することと、
   前記フーリエ面に配置された鋸歯状の開口部で、前記第２強度プロファイルを各第１サイドピーク内で切り取って、前記半導体ウエハの表面に第１線画像を形成する第２透過光を規定することと、
   前記半導体ウエハの前記表面上で前記第１線画像を走査し、前記半導体ウエハの前記表面の温度を、前記欠陥アニール温度Ｔ_Ｄまで局所的に上昇させることと
   を備え、
   前記第１線画像は、１０００Ｗと３０００Ｗとの間の光学出力、５ｍｍから１００ｍｍの範囲内の第１線長において±５％以内の強度均一性を有する、方法。
2. 前記第１透過光の焦点合わせは、中継光学システムで実行され、前記中継光学システムは、前記フーリエ面を規定する焦点距離ｆを有する光学部品を有し、前記鋸歯状の開口部は、幅ｄ２を有するとともに、
   ０．１・（λ／（ｄ２））・ｆ≦ｌ≦（λ／（ｄ２））・ｆ
   という範囲の長さｌを有する鋸歯を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記鋸歯は、
   （０．９）・ｌ≦ｐ≦（１．１）・ｌ
   という範囲内のピッチｐを有する、請求項２に記載の方法。
4. 前記欠陥アニール温度Ｔ_Ｄは、
   ６５０℃≦Ｔ_Ｄ≦１１００℃
   の範囲にある、請求項１から３の何れか１項に記載の方法。
5. 第２波長を有する第２光線を用いて、前記半導体ウエハの前記表面において、前記第１線画像と少なくとも部分的に重複する第２線画像を形成することと、
   前記第２線画像を走査し、前記半導体ウエハの前記表面の温度を前記欠陥アニール温度Ｔ_Ｄからスパイクアニール温度Ｔ_Ａまで局所的に上昇させることと
   によって、スパイクアニール温度でスパイクアニールを実行することをさらに備える、請求項１から４の何れか１項に記載の方法。
6. 前記スパイクアニール温度Ｔ_Ａは、
   １１００℃≦Ｔ_Ａ≦１３５０℃
   の範囲にある、請求項５に記載の方法。
7. 前記第１線画像は第１の幅を有し、前記第２線画像は第２の幅を有し、
   前記第２の幅は、前記第１の幅の５％から２５％の間にある、請求項５または６に記載の方法。
8. 前記第１の幅は、５０ミクロンから５ｍｍの範囲内にある、請求項７に記載の方法。
9. レーザダイオード光源と、前記レーザダイオード光源に対して動作可能に配置された線形成光学部とを用いて前記第２光線を形成することをさらに備える、請求項５から８の何れか１項に記載の方法。
10. 前記第２波長は、５００ｎｍと１０００ｎｍとの間にある、請求項５から９の何れか１項に記載の方法。
11. 前記第２線画像は、５ｍｍから１００ｍｍの範囲内の第２線長と、±５％以内の強度均一性とを有する、請求項５から１０の何れか１項に記載の方法。
12. 半導体ウエハの表面の温度は、パターン効果に起因して前記スパイクアニール温度Ｔ_Ａから変化し、その変化は、６０℃未満である、請求項５から１１の何れか１項に記載の方法。
13. パターンを有する表面を有する半導体ウエハの欠陥アニーリングを実行するためのシステムであって、
    ＣＯ_２レーザ光源、光線調整光学システム、第１絞り装置、中継光学システム、チャックおよび可動ウエハ台を備え、
    前記ＣＯ_２レーザ光源は、公称１０．６ミクロンの波長λを有する初期光線を放射し、
    前記光線調整光学システムは、前記初期光線を受光し、この初期光線から、少なくとも第１方向に沿ったガウス分布を有する第１強度プロファイルを有する調整光線を形成し、
    前記第１絞り装置は、対物面に動作可能に配置され、第１スリット開口部を規定し、前記第１スリット開口部は、前記第１方向における前記第１強度プロファイルを切り取り、第１透過光を規定し、前記第１透過光は、前記調整光線の少なくとも５０％を構成し、
    前記中継光学システムは、前記対物面および中間フーリエ面を規定し、前記中間フーリエ面には、第２絞り装置が動作可能に配置され、前記中継光学システムは、前記中間フーリエ面で第２強度プロファイルを規定し、前記第２強度プロファイルは、中央ピークと、前記中央ピークにすぐに隣接した第１サイドピークとを有し、前記第２絞り装置は、鋸歯状のブレードで構成され、前記鋸歯状のブレードは、前記第１方向において各第１サイドピーク内で前記第２強度プロファイルを切り取り、第２透過光を規定し、
    前記中継光学システムは、前記半導体ウエハの前記表面において前記第２透過光から第１線画像を形成し、前記第１線画像は、１０００Ｗと３０００Ｗとの間の光学出力を含むとともに、５ｍｍから１００ｍｍの範囲内の第１線長および±５％以内の強度均一性を有し、
    前記チャックは、前記半導体ウエハを動作可能に支持し、
    前記可動ウエハ台は、前記チャックを動作可能に支持し、前記チャックおよび前記チャックに支持された前記半導体ウエハを動かすように構成され、これにより、前記第１線画像は、前記半導体ウエハの前記表面上を走査し、前記半導体ウエハの前記表面の温度を、欠陥アニール温度Ｔ_Ｄまで局所的に上昇させる、
    システム。
14. 前記中継光学システムは、焦点距離ｆを有する第１光学部品を有し、前記第１光学部品は、前記中間フーリエ面を規定し、前記鋸歯状のブレードは、幅ｄ２で離間され、前記鋸歯状のブレードは、
    ０．１・（λ／（ｄ２））・ｆ≦ｌ≦（λ／（ｄ２））・ｆ
    という範囲の長さｌを有する鋸歯を含む、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記鋸歯は、
    （０．９）・ｌ≦ｐ≦（１．１）・ｌ
    という範囲内のピッチｐを有する、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記欠陥アニール温度Ｔ_Ｄは、６５０℃から１１００℃の範囲にある、請求項１３から１５の何れか１項に記載のシステム。
17. 前記チャックは加熱され、これにより、前記半導体ウエハを予備加熱することができる、請求項１３から１６の何れか１項に記載のシステム。
18. ダイオード系線形成光学システムをさらに備え、
    前記ダイオード系線形成光学システムは、可視光線を生成し、前記可視光線は、前記半導体ウエハの前記表面で第２線画像を形成し、
    前記第２線画像は、前記第１線画像と少なくとも部分的に重複し、かつ前記第１線画像とともに走査し、前記半導体ウエハの前記表面の温度を、前記欠陥アニール温度Ｔ_Ｄからスパイクアニール温度Ｔ_Ａまで局所的に上昇させ、
    前記第２線画像は、±５％以内の強度変化を有する、請求項１３から１７の何れか１項に記載のシステム。
19. 前記スパイクアニール温度は、１１５０℃から１３５０℃の範囲内にある、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記第１線画像は第１の幅を有し、前記第２線画像は第２の幅を有し、前記第２の幅は、前記第１の幅の５％から２５％の範囲内にある、請求項１８または１９に記載のシステム。
21. 前記第１サイドピークそれぞれは、最大値ＭＸ、第１最小値ｍ１および第２最小値ｍ２によって規定され、前記第２絞り装置は、前記第１サイドピークそれぞれにおいて、前記最大値ＭＸと前記第２最小値ｍ２との間の第２強度プロファイルを切り取るように構成される、請求項１３から２０の何れか１項に記載のシステム。
22. 前記中継光学システムは、前記第１方向において実質的に１倍の倍率を有する、請求項１３から２１の何れか１項に記載のシステム。
23. 前記中継光学システムは、前記第１方向のみにおいて光学出力を有する円筒形状の光学システムである、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記中継光学システムは、反射光学部品のみで構成される、請求項１３から２３の何れか１項に記載のシステム。
25. 前記第１絞り装置は、前記対物面に動作可能に配置された一対のブレードを含む、請求項１３から２４の何れか１項に記載のシステム。
26. 前記第２絞り装置は、前記中間フーリエ面に動作可能に配置された一対のブレードを含む、請求項１３から２５の何れか１項に記載のシステム。
27. 前記ダイオード系線形成光学システムは、レーザダイオード光源と、前記レーザダイオード光源に対して配置された線形成光学部とを含む、請求項１８に記載のシステム。
28. 画像面に線画像を形成するための線形成光学システムであって、
    レーザ光源、光線調整光学システム、スリット開口部、中継光学システムおよび対向鋸歯状ブレードを備え、
    前記レーザ光源は、波長λを有する初期光線を発し、
    前記光線調整光学システムは、前記初期光線を受光し、この初期光線から、少なくとも第１方向に沿ったガウス分布を有する第１強度プロファイルを有する調整光線を形成し、
    前記スリット開口部は、前記第１方向における前記第１強度プロファイルを切り取って、第１透過光を規定し、前記第１透過光は、前記調整光線の少なくとも５０％を構成し、
    前記中継光学システムは、第１光学部品および第２光学部品を含むとともに、対物面と、画像面と、前記対物面と前記画像面との間に位置するフーリエ面とを規定し、前記第１光学部品は、焦点距離ｆを有し、前記フーリエ面で第２強度プロファイルを形成し、前記第２強度プロファイルは、中央ピークと、前記中央ピークにすぐに隣接した第１サイドピークとを有し、
    前記対向鋸歯状ブレードは、前記フーリエ面に配置され、前記第１方向において各第１サイドピーク内で前記第２強度プロファイルを切り取って、第２透過光を規定するように構成され、
    前記第２光学部品は、前記第２透過光から前記画像面に前記線画像を形成する、
    線形成光学システム。
29. 前記レーザ光源は、ＣＯ_２レーザを含み、前記初期光線は、公称１０．６ミクロンの波長を有する、請求項２８に記載の線形成光学システム。
30. 前記対向鋸歯状ブレードは、幅ｄ２で離間され、前記対向鋸歯状ブレードは、
    ０．１・（λ／（ｄ２））・ｆ≦ｌ≦（λ／（ｄ２））・ｆ
    という範囲の長さｌを有する鋸歯をそれぞれ含む、請求項２８または２９に記載の線形成光学システム。
31. 前記鋸歯は、
    （０．９）・ｌ≦ｐ≦（１．１）・ｌ
    という範囲内のピッチｐを有する、請求項３０に記載の線形成光学システム。
32. 前記線画像は、１０００Ｗと３０００Ｗとの間の光学出力を含み、５ｍｍから１００ｍｍの範囲内の長さおよび±５％以内の強度均一性を有する、請求項２８から３１の何れか１項に記載の線形成光学システム。
    

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